Origin of multi-level switching and telegraphic noise in organic nanocomposite memory devices

본 논문에서 유기 나노 혼합물 저항변화 메모리 물질인 PS:PCBM의 노이즈 특성을 통하여 음의 미분저항(negative differential resistance; NDR) 현상과 여러 중간 저항상태(intermediate resistive state; IRS)의 원인에 대해서 고찰하였다. 온도변화에 따른 노이즈 측정을 통하여 각 IRS의 저항과 1/f 노이즈 크기 간의 멱급수 관계와NDR에서의 텔레그래픽 노이즈(telegraphic noise) 특성의 변화를 관찰하였다. 이로부터 각 IRS는 유기 나노 혼합물 층 내에서 전하 트랩(charge traps)으로 이루어진 국소적인 전류 경로로 표현될 수 있으며, 이는 깊은 트랩 준위(deep trap levels)에서 전하가 열적 여기(thermal excitation)를 통해 갇히고 빠져나가는 현상에서 기인함을 보여주었다. 본 연구는 다중 저항변화 메모리 소자 연구에 대한 도움이 될 것으로 기대된다.

Abstract: The origin of negative differential resistance (NDR) and its derivative intermediate resistive states (IRSs) of nanocomposite memory systems have not been clearly analyzed for the past decade. To address this issue, we investigate the current fluctuations of organic nanocomposite memory devices with NDR and the IRSs under various temperature conditions. The 1/f noise scaling behaviors at various temperature conditions in the IRSs and telegraphic noise in NDR indicate the localized current pathways in the organic nanocomposite layers for each IRS. The clearly observed telegraphic noise with a long characteristic time in NDR at low temperature indicates that the localized current pathways for the IRSs are attributed to trapping/de-trapping at the deep trap levels in NDR. This study will be useful for the development and tuning of multi-bit storable organic nanocomposite memory device systems.

Authors: Younggul Song(서울대), Hyunhak Jeong(서울대), Seungjun Chung(서울대, UC Berkeley), Geun Ho Ahn (UC Berkeley), Tae-Young Kim(서울대), Jingon Jang(서울대), Daekyoung Yoo(서울대), Heejun Jeong(한양대), Ali Javey(UC Berkeley), Takhee Lee(서울대)*

Scientific Reports 6, Article number: 33967 (2016)
doi:10.1038/srep33967
Published online: 23 September 2016